Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo nâng cao hiệu quả tham mưu

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo nâng cao hiệu quả tham mưu

Trong bối cảnh chuyển đổi số lan tỏa sâu rộng, trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành công cụ giúp đổi mới phương thức lãnh đạo, chỉ đạo của Đảng. Chủ động bắt nhịp xu thế, Văn phòng Tỉnh ủy đã triển khai ứng dụng AI trong xử lý văn bản, lưu trữ hồ sơ, tổng hợp báo cáo và phục vụ hội nghị, đại hội Đảng. Qua đó, rút ngắn thời gian xử lý công việc, chuẩn hóa quy trình, tăng độ chính xác và nâng cao hiệu quả tham mưu phục vụ cấp ủy.

Lào Cai mời trường đại học về làm chuyển đổi số

Lào Cai mời trường đại học về làm chuyển đổi số

Nhằm đáp ứng yêu cầu vận hành chính quyền hai cấp và xây dựng nền hành chính hiện đại, linh hoạt, dựa trên dữ liệu, Ủy ban nhân dân tỉnh Lào Cai phối hợp với Đại học Quốc gia Hà Nội tổ chức lớp tập huấn “Kỹ năng phân tích, khai thác dữ liệu và công nghệ số cho đội ngũ cán bộ phụ trách chuyển đổi số”.

Lào Cai khai mạc tập huấn, đào tạo kỹ năng phân tích, khai thác dữ liệu và công nghệ số cho cán bộ nòng cốt

Lào Cai khai mạc tập huấn, đào tạo kỹ năng phân tích, khai thác dữ liệu và công nghệ số cho cán bộ nòng cốt

Sáng 04/11, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lào Cai phối hợp với Trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) tổ chức khai mạc chương trình tập huấn, đào tạo kỹ năng phân tích, khai thác dữ liệu và công nghệ số dành cho cán bộ phụ trách chuyển đổi số các cơ quan, đơn vị, địa phương trong tỉnh.

Vật liệu phủ đặc biệt có thể làm mát các tòa nhà

Vật liệu phủ đặc biệt có thể làm mát các tòa nhà

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney (Australia) và công ty khởi nghiệp Dewpoint Innovations vừa phát triển thành công một loại vật liệu phủ giống sơn, có khả năng tự động làm mát các tòa nhà và thu gom hơi nước trực tiếp từ không khí mà không cần bất kỳ nguồn năng lượng đầu vào nào.

Chuyển đổi số: "Tấm khiên" chống thiên tai

Chuyển đổi số: "Tấm khiên" chống thiên tai

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan, Việt Nam trở thành một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai. Từ bão, lũ, sạt lở cho đến hạn hán, những thảm họa tự nhiên đòi hỏi một phương thức quản trị mới - nơi công nghệ và khoa học cùng phát huy vai trò chủ đạo trong bảo vệ tính mạng, tài sản của nhân dân.

Thúc đẩy thực thi quyền sao chép văn minh

Thúc đẩy thực thi quyền sao chép văn minh

Trong hệ sinh thái sáng tạo, “quyền sao chép” được xem là quyền nền tảng nhất trong nhóm quyền tác giả. Tuy nhiên, tại Việt Nam, quyền này đang bị xâm phạm một cách phổ biến và tinh vi, khiến thiệt hại không chỉ dừng ở con số kinh tế, mà còn là sự suy giảm niềm tin vào công bằng sáng tạo.

Lào Cai tập huấn triển khai ứng dụng “Sổ tay đảng viên điện tử” cho các tổ chức cơ sở Đảng

Lào Cai tập huấn triển khai ứng dụng “Sổ tay đảng viên điện tử” cho các tổ chức cơ sở Đảng

Thực hiện Kế hoạch số 12-KH/ĐU ngày 12/9/2025 của Ban Thường vụ Đảng ủy Các cơ quan Đảng tỉnh về triển khai ứng dụng “Sổ tay đảng viên điện tử”, sáng 31/10, Đảng ủy Các cơ quan Đảng tỉnh Lào Cai tổ chức tập huấn cho cán bộ phụ trách công nghệ thông tin tại các chi, Đảng bộ cơ sở và một số chi bộ trực thuộc Đảng ủy cơ sở, nhằm bảo đảm sẵn sàng đưa hệ thống vào vận hành đồng bộ từ ngày 01/11/2025.

Israel phát triển keo dán vết thương trong 5 giây

Israel phát triển keo dán vết thương trong 5 giây

Các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học Wolfson của Viện Công nghệ Technion – Israel (Haifa) vừa phát triển một loại keo hydrogel mô phỏng sinh học mới có khả năng dán kín vết thương nhanh chóng và hiệu quả ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt.

Lào Cai: Dữ liệu dân cư, bảo hiểm và đất đai được làm sạch, kết nối đồng bộ

Lào Cai: Dữ liệu dân cư, bảo hiểm và đất đai được làm sạch, kết nối đồng bộ

Thực hiện Đề án 06 của Chính phủ về phát triển ứng dụng dữ liệu dân cư, định danh và xác thực điện tử phục vụ chuyển đổi số quốc gia, các sở, ngành tỉnh Lào Cai đã tích cực phối hợp triển khai, góp phần hoàn thiện hệ sinh thái dữ liệu dùng chung, phục vụ người dân và doanh nghiệp hiệu quả hơn.

Xã Mường Khương nâng cao chất lượng phục vụ hành chính

Xã Mường Khương nâng cao chất lượng phục vụ hành chính

Đổi mới phương thức phục vụ lấy sự hài lòng của người dân làm thước đo, kết hợp giữa tinh thần trách nhiệm, thái độ tận tâm và ứng dụng công nghệ số, xã Mường Khương đã có bước chuyển trong cải cách hành chính, trở thành điểm sáng trong nâng cao chất lượng phục vụ hành chính công.

Bản Lầu đẩy mạnh ứng dụng công nghệ số

Bản Lầu đẩy mạnh ứng dụng công nghệ số

Những năm gần đây, cùng với mở rộng vùng nguyên liệu, xã Bản Lầu đã chú trọng đẩy mạnh ứng dụng công nghệ số trong sản xuất, chế biến và tiêu thụ nông sản. Công nghệ không chỉ giúp người dân thay đổi phương thức sản xuất mà còn tạo bước chuyển rõ nét trong phát triển kinh tế nông thôn.

fb yt zl tw